(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電が発生した時に生じる音響を検出するための音響検出部と、
周辺ノイズを除去するために前記音響検出部の検出信号から高周波成分を抽出するノイズ除去部と、
放電音の強弱成分を抽出するためにノイズ除去後の信号を包絡線検波する強弱成分抽出部と、
前記ノイズ除去後の信号と、当該ノイズ除去後の信号に対して電源周波数の１周期遅れた信号との第１相関係数を演算する第１相関係数演算部と、
強弱成分中での前記電源周波数の２倍周波数成分と、前記相関係数とから前記放電を検出する検出部と、
前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１周期分遅らせた波形の第２相関係数の値を演算する第２相関係数演算部と、
前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１／２周期分遅らせた波形の第３相関係数の値を演算する第３相関係数演算部と、
前記第２相関係数の値および前記第３相関係数の値に応じて、前記検出された放電が起こっている箇所の電界の状態と、前記放電の安定度とを診断する放電様相診断部と
を具備することを特徴とする放電様相判定装置。
【請求項２】
放電が発生した時に生じる音響を検出するための音響検出部と、
周辺ノイズを除去するために前記音響検出部の検出信号から高周波成分を抽出するノイズ除去部と、
放電音の強弱成分を抽出するためにノイズ除去後の信号を包絡線検波する強弱成分抽出部と、
前記ノイズ除去後の信号と、当該ノイズ除去後の信号に対して電源周波数の１周期遅れた信号との第１相関係数を演算する第１相関係数演算部と、
強弱成分中での前記電源周波数の２倍周波数成分と、前記相関係数とから前記放電を検出する検出部と、
前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１周期分遅らせた波形の第２相関係数の値を演算する第２相関係数演算部と、
前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１／２周期分遅らせた波形の第３相関係数の値を演算する第３相関係数演算部と、
演算された前記第２相関係数の値および前記第３相関係数の値が一方の軸を前記第２相関係数、および一方の軸に直交する他方の軸を前記第３相関係数であるグラフをディスプレイに表示するためのデータを生成するグラフデータ生成部と
を具備することを特徴とする放電様相判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば稼働中の電力設備で発生する放電の様相診断するための放電様相診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場変電設備は複数の設備に電力を供給するため、高い信頼性が要求されるが、一方で頻繁な停電保全が難しく、無停電で診断できるオンライン診断技術へ期待が寄せられている。特に、充電中に内部を容易に覗くことの出来ない配電盤や遮断器等を簡易に診断できる技術は、これまで有効な技術がなく開発課題になっている。
【０００３】
従来、特許文献１には、稼働中の電力設備のコロナ放電による絶縁劣化等の異常を音響により検出する装置が開示されている。この装置は、部分放電で生じる超音波を検出し、放電音のゆらぎ成分を計算するため包絡線検波後、周波数スペクトルを算出し、電源周波数の２倍の成分を多く含んでいる場合に放電と判定する事で、Ｓ／Ｎ比を向上させた特徴を持っていた。
【特許文献１】特許第３３４７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、電磁振動で生じる音響（磁歪音、金属の摩擦音）に、部分放電と同じように電源周波数の２倍のゆらぎ成分を持つ音響があり、従来の装置では、部分放電と電磁振動音との弁別ができず、誤診断する場合があった。
【０００５】
本発明の目的は、誤診断することなく確実に放電音を検出し、検出した放電の様相を診断することが可能な放電様相診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一例に係わる放電様相判定装置は、放電が発生した時に生じる音響を検出するための音響検出部と、周辺ノイズを除去するために前記音響検出部の検出信号から高周波成分を抽出するノイズ除去部と、放電音の強弱成分を抽出するためにノイズ除去後の信号を包絡線検波する強弱成分抽出部と、前記ノイズ除去後の信号と、当該ノイズ除去後の信号に対して電源周波数の１周期遅れた信号との相関係数を演算する相関係数演算部と、強弱成分中での前記電源周波数の２倍周波数成分と、前記相関係数とから前記放電を検出する検出部と、前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１周期分遅らせた波形の相関係数と、当該ゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１／２周期分遅らせた波形の相関係数とに応じて、前記検出された放電が起こっている箇所の電界の状態と、前記放電の安定度とを診断する放電様相診断部とを具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明の別の一例に係わる放電様相判定装置は、放電が発生した時に生じる音響を検出するための音響検出部と、周辺ノイズを除去するために前記音響検出部の検出信号から高周波成分を抽出するノイズ除去部と、放電音の強弱成分を抽出するためにノイズ除去後の信号を包絡線検波する強弱成分抽出部と、前記ノイズ除去後の信号と、当該ノイズ除去後の信号に対して電源周波数の１周期遅れた信号との第１相関係数を演算する第１相関係数演算部と、強弱成分中での前記電源周波数の２倍周波数成分と、前記相関係数とから前記放電を検出する検出部と、前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１周期分遅らせた波形の第２相関係数の値を演算する第２相関係数演算部と、前記検出部が放電を検出した場合、前記包絡線検波によって得られる前記検出信号のゆらぎ成分と当該ゆらぎ成分に対して電源周波数の１／２周期分遅らせた波形の第３相関係数の値を演算する第３相関係数演算部と、演算された前記第２相関係数の値および前記第３相関係数の値が一方の軸を前記第２相関係数、および一方の軸に直交する他方の軸を前記第３相関係数であるグラフをディスプレイに表示するためのデータを生成するグラフデータ生成部とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、誤診断することなく確実に放電音を検出し、検出した放電の様相を診断することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る放電検出装置の構成を示すブロック図である。  
放電検出／同定装置は、音響検出部１１、Ａ／Ｄ変換器１２、ハイパスフィルタ１３、包絡線検波部１４、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）１５、相関係数演算部１６、放電検出／同定部１７、相関係数演算部１８、および放電様相診断部１９等を有する。これらの機器は、可搬が容易な寸法に一体的に組み立てられ、電気保全員が現場に持ち運んで測定できるように構成される。
【００１１】
音響検出部１１は、放電による音響を検出するために設けられ、指向性の強い超音波マイクロフォンなどで構成される。Ａ／Ｄ変換器１２は、音響検出部１１で集音されたアナログの音響信号をデジタル信号に変換する。ハイパスフィルタ１３は、ＦＩＲデジタルフィルタ（カットオフ周波数１０ｋＨｚ、阻止帯減衰量４５ｄＢ）によって構成され、１０ｋＨｚ以上の高周波成分の信号だけを抽出する。包絡線検波部１４は、ダイオードによる検波部と、ＦＩＲデジタルフィルタ（カットオフ周波数３００Ｈｚ）とによって構成され。ダイオードによる片側検波後、ＦＩＲデジタルフィルタによって３００Ｈｚ以下の音域だけを抽出し、高周波成分の強弱成分を抽出する。高速フーリエ変換器１５は、放電音の強弱成分の周波数成分を求める。相関係数演算部１６は、ハイパスフィルタ１３によって抽出された高周波成分の信号と、高周波成分の信号に対して電源周波数（６０Ｈｚ）の１周期遅れた信号との相関係数ｒを演算する。放電検出／同定部１７は、高周波成分の周波数成分から電源周波数（６０Ｈｚ）の２倍周波数成分（１２０Ｈｚ）の含有率と相関係数ｒとから集音された音響信号に放電音が含まれるか否かを判別する。
【００１２】
相関係数演算部１８は、包絡線検波部１４によって検波された包絡線（ゆらぎ成分）の波形と包絡線に対して電源周波数の１周期分遅らせた波形の相関係数ｒTと、包絡線の波形と包絡線の波形に対して電源周波数の１／２周期分遅らせた波形の相関係数ｒT/2と演算する。そして、放電様相診断部19は、演算された相関係数ｒT，ｒT/2から放電の様相を診断する。
【００１３】
次に、このように構成された本発明の放電検出／同定装置の動作について説明する。先ず、まず、音響検出部１によって例えば図２に示すような波形の放電音を採取する。
【００１４】
この音響検出部１で採取された音響信号は、ハイパスフィルタ１３を通過してノイズが除去され、高周波成分の信号が包絡線検波部１４に出力される。包絡線検波部１４に出力される信号の例を図３に示す。ここで、ハイパスフィルタ１３でのノイズ除去の機能について説明すると、通常、放電で生じる音響は１０ｋＨｚ以上の高い周波数で広い周波数帯域にわたって存在するが、一般の変電設備の環境音は大半が１０ｋＨｚ以下の周波数成分であるため、ハイパスフィルタ１３で容易に放電音だけ抽出することができるのである。
【００１５】
図３から分かるように、抽出した波形は、高い周波数成分を持った音響が、周期性を持って強弱を繰り返している。ここで、図３の波形をｆ(t)とし、高周波成分を持った音響をＰ(t)、周期性を持った強弱のゆらぎをＡ(t)とすると、ｆ(t)は、Ｐ(t)が何らかの要因でＡ(t)の周期で一種の振幅変調を受けていると考え次のように表すことができる。
【００１６】
ｆ(t)＝Ａ(t)×Ｐ(t)  …  (1)
そして、高周波成分の信号を包絡線検波部１４によって包絡線検波することで、包絡線(ゆらぎ成分)を求め、元の波形ｆ(t)からＡ(t)を除すことで、高周波成分を持った音響Ｐ(t)を抽出する。図４、図５に各波形の時系列変化ならびに周波数スペクトルを示す図４は、ゆらぎ成分Ａ(t)の波形を示し、図５は高周波成分の波形Ｐ(t)を示す。
【００１７】
さらに、高速フーリエ変換器１５では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理によりゆらぎ成分Ａ(t)の周波数成分を演算する。まず、図６は包絡線検波後のボイド放電の波形を示したものであるが、電源周波数（６０Ｈｚ）の２倍周波数成分である１２０Ｈｚの安定した波形となることがわかる。
【００１８】
Ａ(t)が電源周波数の２倍の周波数を主体にした波形であることは、交流に於ける気中放電は、印加された電圧が空気の絶縁破壊電圧を越えた時に生じ、電圧の降下と共に一旦消滅し、極性を転じて再び生じる。従って１サイクルに２回の放電がON/OFFするため放電音は電源周波数の２倍の周波数で強弱するものと考えられる。
【００１９】
さらに、相関係数演算部１６では、（２）式を演算して、ハイパスフィルタ通過後の波形ｆ(t)と、ｆ(t)を電源周波数の１周期（Ｔ）分だけ遅らせた波形ｆ(t+T)との相関係数ｒを求める。
【数１】
0005130985.tif 000002
【００２０】
放電は、電源電圧の波高値付近で生じるものの、個々の放電の発生は、電界と気圧に影響されランダムに発生するため、１周期遅らせた波形と、元の波形を比較した場合、相関係数は小さくなる。一方、電磁振動による音響は、電磁力に依存するため放電に比較し安定しており、高い相関となる。図７（Ａ）に針−針放電のｆ(t)とｆ(t+T)との相関図を示し、と図７（Ｂ）にテレメータの電磁振動で生じる音響のｆ(t)とｆ(t+T)との相関図を示す。図７から分かるように、電磁振動の音響の１周期遅れの相関係数は、放電音の１周期遅れの相関係数より高い
そして、放電検出／同定部１７は、高速フーリエ変換器１５によって演算された高周波の周波数成分から電源周波数の２倍成分の含有率を演算する。放電検出／同定部１７は、演算された含有率が一定値より大きく、且つ相関係数演算部１６で演算された相関係数ｒが小さい場合に、集音した音響信号中に放電音が含まれていると判断する。
【００２１】
図８に、放電音を含む音響信号と電磁振動で生じる音響を含む音響信号とから得られた電源周波数の２倍成分の含有率と相関関数ｒをプロットしたものを示す。図８に示すように、含有率が３％より大きく、且つ相関関数ｒが０．１より小さい場合に、放電が生じていることが分かる。
【００２２】
従って、放電検出／同定部１７は、電源周波数の２倍成分の含有率が３％以上より大きく、生波形の１周期遅れの相関係数が０．１より小さい場合に、放電音と同定する。なお、これらの値は発明者の実験によって得られたものであるが、これらの値に限定されるものではない。
【００２３】
放電検出／同定部１７によって、放電音が同定された場合、相関係数演算部１８および放電様相診断部によって、放電の発生部位や様相を診断する。放電の発生部位や様相を診断することによって、配電盤の中など見えない場所で生じている放電の発生源を推定し対処方法を検討する上で有意義になる。以下に、放電の様相を診断する方法について説明する。
【００２４】
相関係数演算部１８は、（３）、（４）式を演算して、包絡線検波部１４によって検波された包絡線（ゆらぎ成分）Ａ(t)の波形と包絡線に対して電源周波数の１周期分遅らせた波形の相関係数ｒTと、包絡線の波形と包絡線の波形に対して電源周波数の１／２周期分遅らせた波形の相関係数ｒT/2とを演算する。
【数２】
0005130985.tif 000003
【００２５】
放電が、安定的に発生している場合、ゆらぎ成分を電源周波数の１周期シフトしても放電の状態は変わらず、ｒTは高い相関を示すが、放電がとぎれたり、放電の大きさが安定しない場合、ｒTは低い相関係数となると考えられる。また、電界が平等電界で放電が正・負両電位で発生している場合、1/2周期シフトしても類似の放電が生じ、ｒT/2は高い相関を示すが、不平等電界では、正・負のバランスが崩れ、ｒT/2は低い相関となるものと考えられる。
【００２６】
放電様相診断部１９は、相関係数演算部１８が演算したｒT、ｒT/2に応じて放電の様相を診断する。図９に前述の放電波形でｒTとｒT/2を計算し、プロットした図を示す。図９に前述の放電波形でｒTとｒT/2を計算し、プロットした図を示す。図９において、横軸が相関係数ｒTであり、横軸に直交する縦軸がｒT/2を示している。図９に示す相関係数ｒTおよびｒT/2は、針−針、針−平板、６６ｋＶ碍子、３ｋＶ碍子の放電音から得られたものである。
【００２７】
図９から分かるように、平等電界で、安定した放電を発生させた針−針電極による放電ではｒTおよびｒT/2がともに高い数値を示した。一方、針−平板電極による放電では、ｒTは高い値であったが、ｒT/2のみが、小さな値となった。これは、針-平板電極の場合、交流の＋と−とで、放電開始電圧が異なるためと考えられる。碍子の放電では、放電が安定化しないため、ｒTの値が小さな数値を示した。
【００２８】
なお、放電様相診断部１９は、図９に示すような図をディスプレイに表示するためのデータを作成し、オペレータが放電の様相を判断することが出来るようにしてもよい。
【００２９】
本装置によって、電磁振動で生じる音響（磁歪音、金属の摩擦音）を放電音として誤って検出することが無く、確実に放電音のみを検出することが出来る。また、放電音を検出した場合に、ｒTおよびｒT/2に応じて放電の様相を診断することが出来る。その結果、放電の発生場所を推定することが出来る。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係わる放電様相診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す音響検出部によって採取される音の波形を示す図。
【図３】ハイパスフィルタから出力される信号の波形を示す図。
【図４】ゆらぎ成分Ａ(t)の波形を示す図。
【図５】高周波成分の波形Ｐ(t)を示す図。
【図６】包絡線検波後の放電の波形を示す図。
【図７】針−針放電のｆ(t)とｆ(t+T)との相関と、電磁振動で生じる音響のｆ(t)とｆ(t+T)との相関を示す図。
【図８】放電音を含む音響信号と電磁振動で生じる音響を含む音響信号とから得られた電源周波数の２倍成分の含有率と相関関数ｒとを示す図。
【図９】各種放電波形の相関係数ｒTおよびｒT/2を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１１…音響検出部，１２…Ａ／Ｄ変換器，１３…ハイパスフィルタ，１４…包絡線検波部，１５…高速フーリエ変換器，１６…相関係数演算部，１７…放電検出／同定部，１８…相関係数演算部，１９…放電様相診断部。
【図１】
0005130985.tif 000004
【図２】
0005130985.tif 000005
【図３】
0005130985.tif 000006
【図４】
0005130985.tif 000007
【図５】
0005130985.tif 000008
【図６】
0005130985.tif 000009
【図７】
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【図８】
0005130985.tif 000011
【図９】
0005130985.tif 000012